工业硅真空感应精炼多场耦合数值模拟研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51066003
  • 项目类别：
    地区科学基金项目
  • 资助金额：
    25.0万
  • 负责人：
    吕国强
  • 依托单位：
    昆明理工大学
  • 学科分类：
    E0603.传热传质学
  • 结题年份：
    2013
  • 批准年份：
    2010
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2011-01-01 至2013-12-31

项目摘要

采用真空感应精炼的冶金路线从工业硅制备太阳能级硅的新工艺，具有成本低环境友好等特点，有着广阔的工业应用前景。本项目采用有限元法建立工业硅真空感应精炼过程的电磁场、热场、流场和浓度场多场耦合的数学模型，对精炼过程多场相互作用下的传输问题和火用平衡开展研究。通过数值模拟和试验测试验证研究，系统地考察感应加热方式、电磁搅拌方式对硅熔池中温度分布、搅拌速度以及熔池的驼峰表面形状的影响，揭示在不同的真空感应精炼条件下B、P等杂质扩散和蒸发规律。并对工业硅真空感应精炼过程进行能效评价。获得工业硅真空感应精炼过程最优控制参数，为实现对工业硅真空感应精炼过程控制以及精炼装置优化设计提供理论依据。研究工作对于太阳能级硅材料的冶金法工业化生产提供科学根据，对丰富和发展真空冶金理论具有积极的意义。

结项摘要

工业硅制备太阳能级硅的冶金法被认为是最有可能实现大规模生产的新方法之一。冶金法制备太阳能级多晶硅工艺主要包括真空感应及定向凝固精炼技术等。工业硅真空感应精炼过程伴随电磁转换、传热、液相流动以及溶质扩散等现象，这一复杂过程需从理论和工艺上进行深入研究和认识。. 本项目首先研究了工业硅的一些重要物性参数与温度依赖关系。研究得出工业硅导电性等物性参数随温度变化的函数关系。这为进一步研究工业硅的热学、电磁学、流动性能提供了数据储备。进而分析了工业硅真空感应精炼过程的电磁、热、流动相互作用关系，以实验室10t/aVODS炉为研究对象，建立了涡流场、温度场和流动数学模型。利用有限元法对工业硅真空感应精炼过程进行了模拟研究。发现磁感应强度集中在线圈高度范围的区域，在径向表现出由表及里衰减的特征；感应电流呈水平环状分布，主要集中在硅料径向表面；硅熔体受到的电磁力分布很不均匀，总体上形成了顺时针旋转的电磁约束力。坩埚中感应产生的焦耳热远远大于硅料中产生的焦耳热，增加电流密度会加快升温速度和缩短加热时间；而频率增加会降低升温速度和延长加热时间，并增加径向的温度梯度；不同装料高度对工业硅真空感应精炼过程的温度场有较大影响。. 基于连续介质模型建立了电磁力及浮升力驱动硅熔体的混合流模型，模拟研究发现：硅熔体的流动整体上呈现从坩埚内壁向下由坩埚中心向上隆起的流动特征，流场内部存在上下两个顺时针方向漩涡流，硅熔体的最大流速为0.064m/s；频率增加对硅熔体流场形态和流动速度都有一定影响。.为有效控制真空感应精炼过程硅的挥发损失以及杂质去除效率，达到硅料内最佳的温度分布和流场结构，期望最大减少硅料的挥发损失和促进杂质快速向熔池表面迁移和挥发的目的，优化获得了工业硅真空感应精炼过程的最佳工艺制度。硅的真空挥发及除磷等实验结果验证了该工艺制度的可靠性。.采用火用分析方法建立工业硅真空感应精炼过程的火用平衡方程式，对预热、快速加热及精炼各个阶段进行了火用效率以及火用损计算，对工业硅真空感应精炼过程的能效进行了优化分析。. 目前已在国内外期刊发表研究论文11篇，其中被SCI检索3篇，EI检索4篇，申请发明专利1项，使用新型专利3项，授权使用新型专利1项，协助培养博士研究生3名，硕士研究生3名。

项目成果

期刊论文数量（10）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（1）
专利数量（0）
Numerical study for direction solidification purification high quality silicon to SoG-Si.
定向凝固提纯高品质硅制备SoG-Si的数值研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    Journal of crystal growth
  • 影响因子：
    1.8
  • 作者：
    吕国强
  • 通讯作者：
    吕国强
Si purification by enrichment of primary Si in Al-Si melt
通过在 Al-Si 熔体中富集初生硅来提纯硅
  • DOI：
    10.1016/s1003-6326(13)62891-5
  • 发表时间：
    2013-11-01
  • 期刊：
    TRANSACTIONS OF NONFERROUS METALS SOCIETY OF CHINA
  • 影响因子：
    4.5
  • 作者：
    Yu, Wen-zhou;Ma, Wen-hui;Dai, Yong-nian
  • 通讯作者：
    Dai, Yong-nian
工业硅真空感应精炼过程熔体流动过程数值模拟
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    材料热处理学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    吕国强;马文会;王华;魏奎先;杨玺;罗涛;薛海洋
  • 通讯作者：
    薛海洋
工业硅生产过程的热力学分析与优化
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    硅酸盐通报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    孙亚娟;王华;吕国强*
  • 通讯作者：
    吕国强*
NUMERICAL SIMULATION OF HEAT TRANSFER IN DIRECTIONAL SOLIDIFICATION PROCESS FOR POLYCRYSTALLINE SILICON
多晶硅定向凝固过程传热数值模拟
  • DOI：
    10.30638/eemj.2011.098
  • 发表时间：
    2011
  • 期刊：
    Environmental Engineering and Management Journal
  • 影响因子：
    1.1
  • 作者：
    吕国强
  • 通讯作者：
    吕国强

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其他文献

定向凝固保温温度对多晶硅定向凝固晶体质量的影响
  • DOI：
    10.14136/j.cnki.issn1673-2812.2020.05.009
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
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  • 影响因子：
    --
  • 作者：
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  • 通讯作者：
    马文会
传热过程对多晶硅真空定向凝固过程的凝固界面及热应力的影响
  • DOI：
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  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    材料热处理学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    吕国强;杨玺;刘成;马文会;陈道通;蒋鹏仪
  • 通讯作者：
    蒋鹏仪
Marangoni效应下下拉速率对多晶硅真空定向凝固晶体质量的影响研究
  • DOI：
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  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
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    --
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    何云飞
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    --
  • 发表时间：
    --
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  • 作者：
    王彬;于洁;康丁文;刘辉;乔翠;吕国强;马文会
  • 通讯作者：
    马文会
用于侧出式发光二极管背光的全局动态调光算法
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    --
  • 发表时间：
    2012
  • 期刊：
    光学精密工程
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    冯奇斌;何会杰;张伟伟;方勇;吕国强;FENG Qi-bin1,HE Hui-jie2,ZHANG Wei-wei2,FANG Yong1;2.School of Instrumentation;Opto-electronics E
  • 通讯作者：
    Opto-electronics E

其他文献

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吕国强的其他基金

金刚线锯硅废料熔渣精炼和电磁熔配制备高硅铝合金的应用基础研究
  • 批准号：
  • 批准年份：
    2022
  • 资助金额：
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  • 项目类别：
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多晶硅真空定向凝固过程热质迁移及其对位错增殖的影响和调控研究
  • 批准号：
    51864031
  • 批准年份：
    2018
  • 资助金额：
    39.0 万元
  • 项目类别：
    地区科学基金项目
过共晶铝硅合金电磁分离过程多场驱动下传输特性及强化机理研究
  • 批准号：
    51466005
  • 批准年份：
    2014
  • 资助金额：
    50.0 万元
  • 项目类别：
    地区科学基金项目

相似国自然基金

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  • 批准号：
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  • 资助金额：
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相似海外基金

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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